DE102015224437B4 - Vehicle electrical system voltage converter, vehicle on-board network with a vehicle electrical system voltage converter - Google Patents

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Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler (SW) zur Umwandlung einer ersten Bordnetzspannung (U1) in einer zweiten Bordnetzspannung (U2) und einer dritten Bordnetzspannung (U3), umfassend:- einen ersten Stromanschluss (A1) und einen zweiten Stromanschluss (A2) zum Anschließen an der ersten Bordnetzspannung (U1);- zwei Primärwicklungsschaltungen (WP1, WP2), die zwischen dem ersten (A1) und dem zweiten (A2) Stromanschluss zueinander parallel angeschlossen sind;- einen dritten Stromanschluss (A3) und einen vierten Stromanschluss (A4) zum Bereitstellen der zweiten Bordnetzspannung (U2);- zwei Sekundärwicklungsschaltungen (WS1, WS2), die zwischen dem dritten (A3) und dem vierten (A4) Stromanschluss zueinander seriell angeschlossen sind;- einen fünften Stromanschluss (A5) zwischen den zwei Sekundärwicklungsschaltungen (WS1, WS2) zum Bereitstellen der dritten Bordnetzspannung (U3) zwischen dem fünften (A5) und dem vierten (A4) Stromanschluss;- wobei jeweils eine der zwei Primärwicklungsschaltungen (WP1, WP2) und jeweils eine der zwei Sekundärwicklungsschaltungen (WS1, WS2) paarweise miteinander elektromagnetisch gekoppelt sind;- eine gemeinsame Glättungsdrossel (LG), die zwischen den zwei Sekundärwicklungsschaltungen (WS1, WS2) elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, Wechselspannungsanteile in der zweiten (U2) und der dritten (U3) Bordnetzspannung zu reduzieren,- einen steuerbaren Schalter (ST), der zwischen der Glättungsdrossel (LG) und dem fünften Stromanschluss (A5) elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, in einem offenen Schaltzustand den fünften Stromanschluss (A5) von dem dritten Stromanschluss (A3) elektrisch zu trennen.Vehicle electrical system voltage converter (SW) for converting a first vehicle electrical system voltage (U1) in a second vehicle electrical system voltage (U2) and a third vehicle electrical system voltage (U3), comprising: - a first power connection (A1) and a second power connection (A2) for connection to the first Vehicle electrical system voltage (U1), two primary winding circuits (WP1, WP2) connected in parallel between the first (A1) and second (A2) power connections, - a third power connection (A3) and a fourth power connection (A4) for providing the second on-board voltage (U2), - two secondary winding circuits (WS1, WS2) connected in series between the third (A3) and fourth (A4) power connections, - a fifth power connection (A5) between the two secondary winding circuits (WS1, WS2) for providing the third vehicle electrical system voltage (U3) between the fifth (A5) and the fourth (A4) power connection, wherein in each case one of the two primary winding circuits a common smoothing inductor (LG) electrically connected between the two secondary winding circuits (WS1, WS2) and each one of the two secondary winding circuits (WS1, WS2) are electromagnetically coupled to each other; to reduce the second (U2) and the third (U3) vehicle electrical system voltage, - a controllable switch (ST), which is electrically connected between the smoothing reactor (LG) and the fifth electrical connection (A5) and is arranged, in an open switching state the fifth Disconnect the power connector (A5) electrically from the third power connector (A3).

Description

Technisches Gebiet:Technical area:

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler sowie ein Fahrzeugbordnetz mit einem genannten Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler.The invention relates to a vehicle electrical system voltage converter and a vehicle electrical system with a said vehicle electrical system voltage converter.

Stand der Technik:State of the art:

Mehrspannungsbordnetze von Kraftfahrzeugen, insbesondere Hybridelektro-/Elektrofahrzeugen, mit mehreren Bordnetzzweigen weisen mindestens einen Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler auf, der eingerichtet ist, eine Bordnetzspannung eines Bordnetzzweigs in eine andere Bordnetzspannung eines anderen Bordnetzzweigs und/oder umgekehrt umzuwandeln.Multi-voltage electrical systems of motor vehicles, in particular hybrid electric / electric vehicles, with several electrical system branches have at least one vehicle electrical system voltage converter, which is configured to convert a vehicle electrical system voltage of a vehicle electrical system branch into another vehicle electrical system voltage of another electrical system branch and / or vice versa.

Insbesondere gibt es Drei- oder Mehrspannungsbordnetze, in denen drei oder mehr Bordnetzspannungen für verschiedene elektrische Komponenten des Bordnetzes mit unterschiedlich hohen Betriebsspannungen vorgesehen sind.In particular, there are three- or multi-voltage systems, in which three or more vehicle electrical system voltages are provided for different electrical components of the electrical system with different high operating voltages.

Eine Offenlegungsschrift US 2011/0 222 315 A1 beschreibt ein Stromverteilungsleistungsgerät, welches eingerichtet ist, Spannungspegel einer Eingangsgleichspannung in einer vorbestimmten Spannungshöhe zu stabilisieren und die stabilisierte Gleichspannung in Hinter-End-Schaltungen (rear-end circuits) anzuwenden. Das Stromverteilungsleistungsgerät enthält eine Rechteckwellenerzeugungsschaltung, eine Gleichrichterschaltung, eine Umwandlungsschaltung, eine Gleichrichterschaltung, eine Filterschaltung, einen ersten Ausgangsanschluss und einen zweiten Ausgangsanschluss. Das Stromverteilungsleistungsgerät liefert über den ersten Ausgangsanschluss und den zweiten Ausgangsanschluss zwei Ausgangsspannungen mit einer mehrfachen Relation zueinander.A publication US 2011/0 222 315 A1 describes a power distribution power device configured to stabilize voltage levels of an input DC voltage at a predetermined voltage level and apply the stabilized DC voltage to rear-end circuits. The power distribution power device includes a square wave generation circuit, a rectifier circuit, a conversion circuit, a rectifier circuit, a filter circuit, a first output terminal, and a second output terminal. The power distribution power device supplies two output voltages having a multiple relation to each other via the first output terminal and the second output terminal.

Eine Offenlegungsschrift DE 10 2009 028 973 A1 beschreibt eine DC/DC-Wandlerschaltung mit mindestens zwei DC/DC-Wandlern und einem Tiefpass, wobei die DC/DC-Wandler jeweils eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite aufweisen und auf ihrer Ausgangsseite miteinander in Reihe geschaltet sind. Der Tiefpass ist den DC/DC-Wandlern nachgeschaltet und dient zum Glätten einer von den DC/DC-Wandlern an ihrer Ausgangsseite erzeugten Ausgangsspannung.A publication DE 10 2009 028 973 A1 describes a DC / DC converter circuit having at least two DC / DC converters and a low-pass filter, wherein the DC / DC converters each have an input side and an output side and are connected to each other in series on their output side. The low-pass filter is connected downstream of the DC / DC converters and serves to smooth out an output voltage generated by the DC / DC converters on its output side.

Eine Offenlegungsschrift US 2004/0 037 092 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung mit einem Paar von Umwandlungsschaltungsteile, welche in einer Vollbrückenkonfiguration ausgebildet sind.A publication US 2004/0 037 092 A1 describes a circuit arrangement having a pair of conversion circuit parts formed in a full-bridge configuration.

Eine Offenlegungsschrift DE 10 2013 201 637 A1 beschreibt eine Energieübertragungsanordnung mit einer elektromagnetischen Wandlereinheit, die eingangsseitig mit einer Wechselspannungsquelle koppelbar ist, einer ersten Gleichspannungsschaltung, die eingangsseitig mit der elektromagnetischen Wandlereinheit gekoppelt ist und ausgangsseitig mit einer ersten elektrischen Gleichspannungssenke koppelbar ist. Die Gleichspannungsschaltung ist dazu ausgebildet, ausgangsseitig eine erste Gleichspannung bereitzustellen. Die Energieübertragungsanordnung umfasst ferner eine zweite Gleichspannungsschaltung, die eingangsseitig mit der elektromagnetischen Wandlereinheit gekoppelt ist und ausgangsseitig mit einer zweiten elektrischen Gleichspannungssenke koppelbar ist. Die zweite Gleichspannungsschaltung ist dazu ausgebildet, ausgangsseitig eine zweite Gleichspannung bereitzustellen, wobei eine der Gleichspannungsschaltungen zum Einstellen ihrer ausgangsseitigen Gleichspannung einen Gleichspannungswandler aufweist.A publication DE 10 2013 201 637 A1 describes a power transmission arrangement with an electromagnetic transducer unit which can be coupled on the input side with an AC voltage source, a first DC voltage circuit, which is coupled on the input side with the electromagnetic transducer unit and the output side with a first electrical DC voltage sink can be coupled. The DC voltage circuit is designed to provide a first DC voltage on the output side. The energy transmission arrangement further comprises a second DC voltage circuit which is coupled on the input side to the electromagnetic converter unit and on the output side can be coupled to a second electrical DC voltage sink. The second DC voltage circuit is designed to provide a second DC voltage on the output side, one of the DC voltage circuits having a DC voltage converter for setting its output-side DC voltage.

Zur Umwandlung dieser drei bzw. mehr Bordnetzspannungen bedarf es somit ein Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler, der in der Lage ist, die drei bzw. mehr Bordnetzspannungen unterschiedliche Spannungsniveaus sicher in jeweils andere Bordnetzspannungen umzuwandeln.To convert these three or more on-board voltages thus requires a vehicle electrical system voltage converter, which is able to convert the three or more on-board voltages different voltage levels safely in each other on-board voltages.

Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Möglichkeit zur sicheren und kostengünstigen Umwandlung der unterschiedlichen Bordnetzspannungen eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.Thus, the object of the present invention is to provide a way for safe and cost-effective conversion of the different electrical system voltages of a vehicle electrical system of a motor vehicle.

Beschreibung der Erfindung:Description of the invention:

Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is solved by subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler zur Umwandlung einer ersten Bordnetzspannung in einer zweiten Bordnetzspannung und einer dritten Bordnetzspannung umzuwandeln.According to a first aspect of the invention, a vehicle electrical system voltage converter for converting a first vehicle electrical system voltage in a second vehicle electrical system voltage and a third vehicle electrical system voltage to convert.

Der Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler umfasst einen ersten Stromanschluss und einen zweiten Stromanschluss zum Anschließen des Fahrzeugbordnetzes an der ersten Bordnetzspannung sowie zwei Primärwicklungsschaltungen, die zwischen dem ersten und dem zweiten Stromanschluss zueinander parallel angeschlossen sind.The vehicle electrical system voltage converter comprises a first power connection and a second power connection for connecting the vehicle electrical system to the first vehicle electrical system voltage and two primary winding circuits which are connected in parallel between the first and the second electrical connection.

Der Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler umfasst ferner einen dritten Stromanschluss und einen vierten Stromanschluss zum Bereitstellen der zweiten Bordnetzspannung sowie zwei Sekundärwicklungsschaltungen, die zwischen dem dritten und dem vierten Stromanschluss zueinander seriell angeschlossen sind.The vehicle electrical system voltage converter further comprises a third power connection and a fourth power connection for providing the second vehicle electrical system voltage, as well as two secondary winding circuits connected between the third and the second the fourth power supply are connected to each other in series.

Der Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler umfasst ferner einen fünften Stromanschluss zwischen den zwei Sekundärwicklungsschaltungen zum Bereitstellen der dritten Bordnetzspannung zwischen dem fünften und dem vierten Stromanschluss.The vehicle electrical system voltage converter further comprises a fifth power connection between the two secondary winding circuits for providing the third vehicle electrical system voltage between the fifth and the fourth power connection.

Dabei sind jeweils eine der zwei Primärwicklungsschaltungen und jeweils eine der zwei Sekundärwicklungsschaltungen paarweise miteinander elektromagnetisch gekoppelt.In each case, one of the two primary winding circuits and one of the two secondary winding circuits are pairwise coupled to each other electromagnetically.

Mit dem oben beschriebenen Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler ist ein Spannungswandler für ein Drei- bzw. Mehrspannungsbordnetz mit drei oder mehr voneinander galvanisch getrennten Bordnetzzweigen geschaffen, der einstufige Umwandlung von der ersten in die zweite und die dritte Bordnetzspannung ermöglicht. Die einstufige Spannungsumwandlung weist im Vergleich zu einer mehrstufigen Spannungsumwandlung einen geringeren Aufwand an Bauteilen, eine geringere Komplexität der Schaltung und somit geringe Kosten auf.With the vehicle electrical system voltage converter described above, a voltage converter for a three- or multi-voltage vehicle electrical system with three or more mutually galvanically separate on-board network branches is created, which allows single-stage conversion of the first to the second and the third board electrical system voltage. The single-stage voltage conversion, compared to a multi-stage voltage conversion has a lower cost of components, a lower complexity of the circuit and thus low costs.

Durch die Parallelschaltung der beiden Primärwicklungsschaltungen und die Reihenschaltung der beiden Sekundärwicklungsschaltungen kann ein hohes Transformator-Übersetzungsverhältnis erzielt werden, wodurch die erforderliche Spannungsfestigkeit der verwendeten elektrischen bzw. elektronischen Bauelementen (unter der Berücksichtigung der möglichen Abschaltüberspannungen) gesenkt werden kann. Dies hat wiederum den Vorteil, dass vergleichsweise günstige elektrische bzw. elektronische Bauelemente bei dem Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler eingesetzt werden können. Zudem können Zeit-Spannungsflächen bei induktiven Bauelementen, wie z.B. nachfolgend zu beschreibenden Primär- und Sekundärwicklungen reduziert werden. Dies reduziert wiederum Kosten bei dem Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler.By the parallel connection of the two primary winding circuits and the series connection of the two secondary winding circuits, a high transformer gear ratio can be achieved, whereby the required dielectric strength of the electrical or electronic components used (taking into account the possible Abschaltüberspannungen) can be reduced. This in turn has the advantage that comparatively favorable electrical or electronic components can be used in the vehicle electrical system voltage converter. In addition, time-voltage surfaces may be used in inductive devices, e.g. be reduced to be described below primary and secondary windings. This in turn reduces costs in the vehicle electrical system voltage converter.

Vorzugsweise umfassen die zwei Primärwicklungsschaltungen jeweils eine Vollbrückenschaltung und jeweils eine Primärwicklung. Dabei umfassen die Vollbrückenschaltungen jeweils zwei Halbbrücken, wobei die Primärwicklungen der jeweiligen Primärwicklungsschaltungen zwischen den zwei Halbbrücken der entsprechenden Vollbrückenschaltungen elektrisch angeschlossen sind.Preferably, the two primary winding circuits each comprise a full bridge circuit and a respective primary winding. In this case, the full bridge circuits each comprise two half bridges, wherein the primary windings of the respective primary winding circuits are electrically connected between the two half bridges of the corresponding full bridge circuits.

Die zwei Sekundärwicklungsschaltungen umfassen jeweils eine Sekundärwicklung und jeweils einen der jeweiligen Sekundärwicklungen nachgeschalteten Gleichrichter, wobei die Sekundärwicklungen mit den jeweiligen Primärwicklungen der korrespondierenden Primärwicklungsschaltungen elektromagnetisch gekoppelt sind.The two secondary winding circuits each comprise a secondary winding and a respective rectifier connected downstream of the respective secondary windings, the secondary windings being electromagnetically coupled to the respective primary windings of the corresponding primary winding circuits.

Der Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler umfasst ferner eine gemeinsame Glättungsdrossel, die zwischen den zwei Sekundärwicklungsschaltungen elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, Wechselspannungsanteile in der zweiten und der dritten Bordnetzspannung zu reduzieren.The vehicle electrical system voltage converter further comprises a common smoothing choke electrically connected between the two secondary winding circuits and configured to reduce AC components in the second and third vehicle electrical system voltages.

Durch die gemeinsame Nutzung der Glättungsdrossel und dem versetzten Ansteuern der beiden Primärwicklungsschaltungen kann die Glättungsdrossel kleiner dimensioniert werden.By sharing the smoothing choke and the staggered driving of the two primary winding circuits, the smoothing choke can be made smaller.

Der Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler umfasst ferner einen steuerbaren Schalter, der zwischen der Glättungsdrossel und dem fünften Stromanschluss elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, in einem offenen Schaltzustand den fünften Stromanschluss von dem dritten Stromanschluss elektrisch zu trennen.The vehicle electrical system voltage converter further includes a controllable switch electrically connected between the smoothing choke and the fifth power terminal and configured to electrically disconnect the fifth power terminal from the third power terminal in an open switching state.

Vorzugsweise liegt die zweite Bordnetzspannung bei über 40 Volt, insbesondere bei 48 Volt.Preferably, the second vehicle electrical system voltage is above 40 volts, in particular at 48 volts.

Vorzugsweise liegt die dritte Bordnetzspannung bei unter 40 Volt, insbesondere bei 12 Volt.Preferably, the third vehicle electrical system voltage is below 40 volts, in particular at 12 volts.

Die zwei Primärwicklungsschaltungen sind vorzugsweise zueinander schaltungstechnisch identisch ausgebildet. The two primary winding circuits are preferably formed identical to one another in terms of circuitry.

Vorzugsweise sind die zwei Sekundärwicklungsschaltungen ebenfalls zueinander schaltungstechnisch identisch ausgebildet.Preferably, the two secondary winding circuits are also identical to one another in terms of circuitry.

Der Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler umfasst ferner eine Steuereinheit zur Steuerung der zwei Primärwicklungsschaltungen, die ferner eingerichtet ist, die zwei Primärwicklungsschaltungen bzw. die Vollbrückenschaltungen der zwei Primärwicklungsschaltungen voneinander um 90 Grad versetzt anzusteuern. Dabei bedeutet das „versetzte Ansteuern“, dass pulsweitenmodulierte Steuersignale zur Steuerung der Halbleiterschalter der Vollbrückenschaltungen der zwei Primärwicklungsschaltungen bezogen auf die Signalperiode um 90° voneinander versetzt sind.The vehicle electrical system voltage converter further comprises a control unit for controlling the two primary winding circuits, which is further configured to control the two primary winding circuits or the full bridge circuits of the two primary winding circuits offset from each other by 90 degrees. In this case, the "offset activation" means that pulse-width-modulated control signals for controlling the semiconductor switches of the full-bridge circuits of the two primary winding circuits are offset by 90 ° relative to the signal period.

Die Steuereinheit ist vorzugsweise ferner eingerichtet, zum Bereitstellen der dritten Bordnetzspannung die Vollbrückenschaltung eine der zwei Primärwicklungsschaltungen auszuschalten und die Vollbrückenschaltung einer anderen der zwei Primärwicklungsschaltungen in einem Halbbrückenbetriebmodus zu betreiben. Dabei ist ein Halbbrückenbetriebmodus ein Betriebsmodus, bei dem ein Schalter einer der beiden Halbbrücken der Vollbrückenschaltung durchgehend ausgeschaltet und der andere Schalter derselben Halbbrücke durchgehend eingeschaltet.The control unit is preferably further configured, for providing the third vehicle electrical system voltage, to switch off the full bridge circuit of one of the two primary winding circuits and to operate the full bridge circuit of another of the two primary winding circuits in a half bridge operating mode. In this case, a half bridge operating mode is an operating mode in which a switch of one of the two half bridges of the full bridge circuit is switched off continuously and the other switch of the same half bridge is switched on continuously.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeugbordnetz, insbesondere für ein Hybridelektro-/Elektrofahrzeug, bereitgestellt, das einen ersten Bordnetzzweig mit einer ersten Bordnetzspannung, einen zweiten Bordnetzzweig mit einer zweiten Bordnetzspannung sowie einen dritten Bordnetzzweig mit einer dritten Bordnetzspannung umfasst. According to a further aspect of the invention, a vehicle electrical system, in particular for a hybrid electric / electric vehicle, is provided, which comprises a first on-board network branch with a first vehicle electrical system voltage, a second vehicle electrical system branch with a second vehicle electrical system voltage and a third vehicle electrical system branch with a third vehicle electrical system voltage.

Das Fahrzeugbordnetz umfasst ferner einen zuvor beschriebenen Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler, der über den ersten und den zweiten Stromanschluss mit dem ersten Bordnetzzweig, über den dritten und den vierten Stromanschluss mit dem zweiten Bordnetzzweig, sowie über den fünften und den vierten Stromanschluss mit dem dritten Bordnetzzweig elektrisch verbunden ist und eingerichtet ist, die erste Bordnetzspannung des ersten Bordnetzzweigs in die zweite Bordnetzspannung des zweiten Bordnetzzweigs und in die dritte Bordnetzspannung des dritten Bordnetzzweigs umzuwandeln.The vehicle electrical system further comprises a vehicle electrical system voltage converter described above, via the first and the second power supply to the first electrical system branch, via the third and fourth power connection to the second electrical system branch, and electrically connected via the fifth and the fourth power connection to the third electrical system branch is and is set up to convert the first vehicle electrical system voltage of the first electrical system branch into the second vehicle electrical system voltage of the second vehicle electrical system branch and into the third vehicle electrical system voltage of the third vehicle electrical system branch.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des oben beschriebenen Fahrzeugbordnetz-Spannungswandlers sind, soweit im Möglichen auf das oben genannte Fahrzeugbordnetz übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des Fahrzeugbordnetzes anzusehen.Advantageous embodiments of the vehicle electrical system voltage converter described above, as far as possible transferable to the above vehicle electrical system, also be regarded as advantageous embodiments of the vehicle electrical system.

Beschreibung der Zeichnung:Description of the drawing:

Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung bezugnehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur in einer schematischen Schaltungstopologie ein Fahrzeugbordnetz mit einem Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.In the following, an exemplary embodiment of the invention with reference to the accompanying drawings is explained in more detail. The single figure in a schematic circuit topology shows a vehicle electrical system with a vehicle electrical system voltage converter according to an embodiment of the invention.

Das Fahrzeugbordnetz BN, beispielsweise eines Hybridelektrofahrzeugs, umfasst einen ersten Bordnetzzweig BZ1 mit einer ersten Bordnetzspannung U1, einen zweiten Bordnetzzweig BZ2 mit einer zweiten Bordnetzspannung U2 sowie einen dritten Bordnetzzweig BZ3 mit einer dritten Bordnetzspannung U3.The vehicle electrical system BN , For example, a hybrid electric vehicle includes a first electrical system branch BZ1 with a first vehicle electrical system voltage U1 , a second electrical system branch BZ2 with a second vehicle electrical system voltage U2 and a third electrical system branch BZ3 with a third vehicle electrical system voltage U3 ,

Dabei betragen die erste Bordnetzspannung U1 bspw. 450 Volt, die zweite Bordnetzspannung U2 bspw. 48 Volt und die dritte Bordnetzspannung U3 bspw. 12 Volt.This is the first vehicle electrical system voltage U1 For example, 450 volts, the second board voltage U2 eg. 48 volts and the third vehicle electrical system voltage U3 eg 12 volts.

Das Bordnetz BN umfasst ferner einen Spannungswandler SW, der über einen ersten und einen zweiten Stromanschluss A1, A2 mit dem ersten Bordnetzzweig BZ1, über einen dritten und einen vierten Stromanschluss A3, A4 mit dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 sowie über einen fünften und den vierten Stromanschluss A5, A4 mit dem dritten Bordnetzzweig BZ3 elektrisch verbunden ist.The electrical system BN further includes a voltage converter SW , which has a first and a second power connection A1 . A2 with the first electrical system branch BZ1 , via a third and a fourth power connection A3 . A4 with the second electrical system branch BZ2 as well as a fifth and fourth power connection A5 . A4 with the third electrical system branch BZ3 electrically connected.

Der Spannungswandler SW ist eingerichtet, die erste Bordnetzspannung U1 in die zweite und die dritte Bordnetzspannung U2, U3 umzuwandeln.The voltage converter SW is set up, the first vehicle electrical system voltage U1 in the second and the third board voltage U2 . U3 convert.

Der Spannungswandler SW umfasst auf dessen mit dem ersten Bordnetzzweig BZ1 elektrisch verbundenen Primärseite PS eine erste und eine zweite Primärwicklungsschaltung WP1, WP2, welche zwischen dem ersten und dem zweiten Stromanschluss A1, A2 zueinander parallel elektrisch geschalten sind.The voltage converter SW includes on the one with the first electrical system branch BZ1 electrically connected primary side PS a first and a second primary winding circuit WP1 . WP2 which is between the first and the second power connection A1 . A2 connected in parallel with each other electrically.

Die beiden Primärwicklungsschaltungen WP1, WP2 sind zueinander im Wesentlichen analog ausgebildet und umfassen jeweils eine Vollbrückenschaltung VB1, VB2. Jede der beiden Vollbrückenschaltungen VB1, VB2 umfasst wiederum jeweils zwei zueinander identischen Halbbrücken HB1, HB2; HB3, HB4, jeweils eine Primärwicklung LP1; LP2 sowie jeweils einen Kondensator KD1; KD2. Dabei sind die Primärwicklung LP1, LP2 und der Kondensator KD1, KD2 der jeweiligen Vollbrückenschaltungen VB1, VB2 zwischen den jeweiligen beiden Halbbrücken HB1, HB2 bzw. HB3, HB4 seriell angeschlossen. Die Halbbrücken HB1, HB2, HB3, HB4 umfassen jeweils einen positivspannungsseitigen HS11, HS21, HS31, HS41 und einen negativspannungsseitigen HS12, HS22, HS32, HS42 Halbleiterschalter, welche in Reihe geschaltet sind. Die Kondensatoren KD1, KD2 dienen dazu, die Gleichspannungsanteile in Strömen zu reduzieren, welche durch die jeweiligen Vollbrückenschaltungen VB1, VB2 fließen.The two primary winding circuits WP1 . WP2 are substantially analogous to each other and each comprise a full bridge circuit VB1 . VB2 , Each of the two full bridge circuits VB1 . VB2 again comprises two identical half bridges HB1 . HB2 ; HB3 . HB4 , each a primary winding LP1 ; LP2 and one capacitor each KD1 ; KD 2 , Here are the primary winding LP1 . LP2 and the capacitor KD1 . KD 2 the respective full bridge circuits VB1 . VB2 between the respective two half-bridges HB1 . HB2 or. HB3 . HB4 connected in series. The half bridges HB1 . HB2 . HB3 . HB4 each include a positive voltage side HS11 . HS21 . HS31 . HS41 and a negative voltage side HS12 . HS22 . HS32 . HS42 Semiconductor switches, which are connected in series. The capacitors KD1 . KD 2 serve to reduce the DC components in currents flowing through the respective full bridge circuits VB1 . VB2 flow.

Der Spannungswandler SW umfasst ferner eine Steuereinheit SE, welche signalausgangsseitig mit den Steueranschlüssen der positivspannungsseitigen HS11, HS21, HS31, HS41 und einen negativspannungsseitigen HS12, HS22, HS32, HS42 Halbleiterschalter elektrisch verbunden ist und eingerichtet ist, zur Umwandlung der ersten Bordnetzspannung U1 in die zweite bzw. die dritte Bordnetzspannung U2, U3 die Halbbrücken HB1, HB2, HB3, HB4 bzw. die Halbleiterschalter HS11, HS21, HS31, HS41; HS12, HS22, HS32, HS42 in einer nachfolgend zu beschreibenden Weise anzusteuern.The voltage converter SW further comprises a control unit SE , Which signal output side with the control terminals of the positivspannungsseitigen HS11 . HS21 . HS31 . HS41 and a negative voltage side HS12 . HS22 . HS32 . HS42 Semiconductor switch is electrically connected and is set up to convert the first vehicle electrical system voltage U1 in the second and the third board voltage U2 . U3 the half bridges HB1 . HB2 . HB3 . HB4 or the semiconductor switch HS11 . HS21 . HS31 . HS41 ; HS12 . HS22 . HS32 . HS42 in a manner to be described below.

Auf einer mit dem zweiten und dem dritten Bordnetzzweig BZ2, BZ3 elektrisch verbundenen, von der Primärseite PS galvanisch getrennten Sekundärseite SS umfasst der Spannungswandler SW analog eine erste und eine zweite Sekundärwicklungsschaltung WS1, WS2, welche zwischen dem dritten und dem vierten Stromanschluss A3, A4 zueinander seriell angeschlossen sind.On one with the second and the third Bordnetzzweig BZ2 . BZ3 electrically connected, from the primary side PS galvanically isolated secondary side SS includes the voltage converter SW analogous to a first and a second secondary winding circuit WS1 . WS2 which is between the third and the fourth power connection A3 . A4 connected to each other serially.

Die zwei Sekundärwicklungsschaltungen WS1, WS2 umfassen jeweils eine Sekundärwicklung LS1, LS2 und jeweils einen der jeweiligen Sekundärwicklungen LS1, LS2 nachgeschalteten Gleichrichter GR1, GR2. Dabei sind die Sekundärwicklungen LS1, LS2 der ersten und der zweiten Sekundärwicklungsschaltungen WS1, WS2 mit den jeweiligen Primärwicklungen LP1, LP2 der ersten bzw. der zweiten Primärwicklungsschaltungen WP1, WP2 paarweise elektromagnetisch gekoppelt.The two secondary winding circuits WS1 . WS2 each comprise a secondary winding LS1 . LS2 and each one of the respective secondary windings LS1 . LS2 downstream rectifier GR1 . GR2 , Here are the secondary windings LS1 . LS2 the first and the second secondary winding circuits WS1 . WS2 with the respective primary windings LP1 . LP2 the first and the second primary winding circuits WP1 . WP2 Coupled electromagnetically in pairs.

Die Gleichrichter GR1, GR2 umfassen jeweils zwei Dioden D11, D12; D21, D22, welche mit ihren Kollektoranschlüssen der jeweiligen korrespondierenden Sekundärwicklung LS1, LS2 weisen. Alternativ können die beiden Gleichrichter GR1, GR2 anstelle der Dioden D11, D12; D21, D22 Halbleiterschalter, wie z. B. Metall Oxid Halbleiter Feldeffekttransistoren (MOSFET), aufweisen, welche dann zur Spannungsumwandlung von der Steuereinheit SE in einer dem Fachmann bekannten Weise synchron zu den Halbleiterschaltern HS11, HS21, HS31, HS41; HS12, HS22, HS32, HS42 der Halbbrücken HB1, HB2, HB3, HB4 der beiden Primärwicklungsschaltungen WP1, WP2 angesteuert werden. Sind die beiden Gleichrichter GR1, GR2 mit Halbleiterschaltern ausgestattet, so kann der Spannungswandler SW auch bidirektional betrieben werden und die erste Bordnetzspannung U1 in die zweite und die dritte Bordnetzspannungen U2, U3 bzw. die zweite und die dritte Bordnetzspannungen U2, U3 in die erste Bordnetzspannung U1 umwandeln.The rectifier GR1 . GR2 each comprise two diodes D11 . D12 ; D21 . D22 , which with their collector terminals of the corresponding secondary winding LS1 . LS2 point. Alternatively, the two rectifiers GR1 . GR2 instead of the diodes D11 . D12 ; D21 . D22 Semiconductor switches, such as. B. metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFET), which then for the voltage conversion of the control unit SE in a manner known to those skilled synchronous with the semiconductor switches HS11 . HS21 . HS31 . HS41 ; HS12 . HS22 . HS32 . HS42 the half bridges HB1 . HB2 . HB3 . HB4 the two primary winding circuits WP1 . WP2 be controlled. Are the two rectifiers GR1 . GR2 equipped with semiconductor switches, so the voltage converter SW can also be operated bidirectional and the first vehicle electrical system voltage U1 in the second and the third board voltages U2 . U3 or the second and the third vehicle electrical system voltages U2 . U3 in the first electrical system voltage U1 convert.

Der Spannungswandler SW umfasst ferner eine Glättungsdrossel LG, die zwischen den beiden Sekundärwicklungsschaltungen WS1, WS2 elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, Wechselspannungsanteile in der zweiten und der dritten aus der ersten Bordnetzspannung U1 umgewandelten Bordnetzspannung U2, U3 zu reduzieren.The voltage converter SW further includes a smoothing choke LG between the two secondary winding circuits WS1 . WS2 is electrically connected and is set up, AC components in the second and the third from the first vehicle electrical system voltage U1 converted vehicle electrical system voltage U2 . U3 to reduce.

Der Spannungswandler SW umfasst ferner einen Strompfad SP zwischen der Glättungsdrossel LG und dem fünften Anschluss A5 sowie einen steuerbaren Halbleiterschalter ST in dem Strompfad SP. Der Halbleiterschalter ST ist eingerichtet, in einem offenen Schaltzustand den fünften Anschluss A5 von dem dritten Anschluss A3 elektrisch zu trennen. In einem geschlossenen Schaltzustand verbindet der Halbleiterschalter ST die zweite Sekundärwicklungsschaltung WS2 mit dem dritten Bordnetzzweig BZ3 elektrisch. In diesem Fall wird der erste Gleichrichter GR1 inaktiv und dient mit den beiden Dioden D11 und D12 als ein Sperrelement zwischen dem zweiten und dem dritten Bordnetzzweig BZ2, BZ3.The voltage converter SW further includes a current path SP between the smoothing choke LG and the fifth port A5 and a controllable semiconductor switch ST in the current path SP. The semiconductor switch ST is set up, in an open switching state, the fifth connection A5 from the third port A3 to disconnect electrically. In a closed switching state, the semiconductor switch connects ST the second secondary winding circuit WS2 with the third electrical system branch BZ3 electric. In this case, the first rectifier GR1 inactive and serves with the two diodes D11 and D12 as a blocking element between the second and the third electrical system branch BZ2 . BZ3 ,

Der Spannungswandler SW umfasst ferner eine Steuereinheit SE zum Steuern des Halbleiterschalters ST.The voltage converter SW further comprises a control unit SE for controlling the semiconductor switch ST.

Der Spannungswandler SW umfasst zudem einen weiteren Kondensator C1 zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss A1, A2, einen weiteren Kondensator C2 zwischen dem dritten und dem vierten Anschluss A3, A4, sowie einen weiteren Kondensator C3 zwischen dem fünften und vierten Anschluss A5, A4. Diese Kondensatoren C1, C2, C3 dienen zur Reduzierung von Spannungsschwankungen in der ersten, der zweiten bzw. der dritten Bordnetzspannung U1, U2, U3.The voltage converter SW also includes another capacitor C1 between the first and the second connection A1 . A2 , another capacitor C2 between the third and the fourth connection A3 . A4 , as well as another capacitor C3 between the fifth and fourth connection A5 . A4 , These capacitors C1 . C2 . C3 serve to reduce voltage fluctuations in the first, the second and the third vehicle electrical system voltage U1 . U2 . U3 ,

Nachdem die Schaltungstopologie des Fahrzeugbordnetzes BN anhand der Figur detailliert beschrieben wurde, wird nachfolgend dessen Funktionsweise näher beschrieben.After the circuit topology of the vehicle electrical system BN has been described in detail with reference to the figure, its operation will be described in more detail below.

Zum Generieren der zweiten Bordnetzspannung U2 von 48 Volt aus der ersten Bordnetzspannung U1 von 450 Volt steuert die Steuereinheit SE die Halbleiterschalter HS11, HS21, HS31, HS41, HS12, HS22, HS32, HS42 der Halbbrücken HB1, HB2, HB3, HB4 mittels pulsweitenmodulierten Steuersignalen voneinander zeitlich versetzt derart, dass die beiden Vollbrückenschaltungen VB1, VB2 pro Signalperiode der Steuersignalen voneinander um 90° versetzt an der ersten Bordnetzspannung U1 angeschlossen werden. Die Halbleiterschalter HS11, HS21, HS31, HS41, HS12, HS22, HS32, HS42 werden dabei derart angesteuert, dass die beiden Vollbrückenschaltungen VB1, VB2 pro Periode einmal positiv und einmal negativ an der ersten Bordnetzspannung U1 angeschlossen werden.For generating the second vehicle electrical system voltage U2 of 48 volts from the first vehicle electrical system voltage U1 of 450 volts controls the control unit SE the semiconductor switches HS11 . HS21 . HS31 . HS41 . HS12 . HS22 . HS32 . HS42 the half bridges HB1 . HB2 . HB3 . HB4 by means of pulse width modulated control signals offset from each other in time such that the two full bridge circuits VB1 . VB2 per signal period of the control signals offset from each other by 90 ° at the first vehicle electrical system voltage U1 be connected. The semiconductor switches HS11 . HS21 . HS31 . HS41 . HS12 . HS22 . HS32 . HS42 are controlled in such a way that the two full bridge circuits VB1 . VB2 once per period positively and once negatively at the first vehicle electrical system voltage U1 be connected.

Durch die elektromagnetischen Kopplungen und die entsprechende Einstellung der Tastgrade der Steuersignale entstehen an den beiden Sekundärwicklungsschaltungen WS1, WS2 jeweils eine Ausgangsspannung von 24 Volt entstehen. Durch die Reihenschaltung der beide Sekundärwicklungsschaltungen WS1, WS2 entsteht zwischen dem dritten und dem vierten Stromanschluss A3, A4 eine gesamte Ausgangsspannung von 48 Volt, welche dann als die zweite Bordnetzspannung U2 dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 bereitgestellt wird.The electromagnetic couplings and the corresponding adjustment of the duty cycle of the control signals occur at the two secondary winding circuits WS1 . WS2 each generate an output voltage of 24 volts. By the series connection of the two secondary winding circuits WS1 . WS2 occurs between the third and the fourth power connection A3 . A4 an entire output voltage of 48 volts, which then as the second board voltage U2 the second electrical system branch BZ2 provided.

Zum Generieren der dritten Bordnetzspannung U3 von 12 Volt aus der ersten Bordnetzspannung U1 von 450 Volt schaltet die Steuereinheit SE die Halbleiterschalter HS11, HS12, HS21, HS22 der beiden Halbbrücken HB1, HB2 der ersten Vollbrückenschaltung VB1 und somit die erste Primärwicklungsschaltungen WP1 durchgehend aus. Weiterhin schaltet die Steuereinheit SE einen der beiden Halbleiterschalter HS41 einer der beiden Halbbrücken HB4 durchgehend ein und den anderen Halbleiterschalter HS41 derselben Halbbrücke HB4 durchgehend aus und treibt somit die zweite Vollbrückenschaltung VB2 in einem Halbbrückenbetriebmodus.For generating the third vehicle electrical system voltage U3 of 12 volts from the first vehicle electrical system voltage U1 of 450 volts, the control unit SE switches the semiconductor switches HS11 . HS12 . HS21 . HS22 the two half bridges HB1 . HB2 the first full bridge circuit VB1 and thus the first primary winding circuits WP1 consistently out. Furthermore, the control unit SE switches one of the two semiconductor switches HS41 one of the two half-bridges HB4 continuously on and the other semiconductor switch HS41 the same half-bridge HB4 continuously and thus drives the second full bridge circuit VB2 in a half-bridge operation mode.

Dadurch entsteht am Ausgang der zweiten Sekundärwicklungsschaltung WS2 bei einem unveränderten Tastgrad eine Ausgangsspannung von 12 Volt, also der Hälfte einer in einem Vollbrückenbetriebmodus generierbaren Spannung von 24 Volt.This results in the output of the second secondary winding circuit WS2 at an unchanged duty cycle, an output voltage of 12 volts, that is half of a voltage of 24 volts that can be generated in a full bridge operating mode.

Durch das Ausschalten der ersten Primärwicklungsschaltungen WP1 entsteht in der ersten Sekundärwicklungsschaltung WS1 eine Ausgangsspannung von 0 Volt.By turning off the first primary winding circuits WP1 arises in the first secondary winding circuit WS1 an output voltage of 0 volts.

Die Steuereinheit SE schaltet ferner den Schalter ST ein und verbindet somit die zweite Sekundärwicklungsschaltung WS2 mit dem fünften Stromanschluss A5. Dadurch entsteht zwischen dem fünften und dem vierten Stromanschluss A4, A5 eine Ausgangsspannung von 12 Volt, welche dann als die dritte Bordnetzspannung U3 dem dritten Bordnetzzweig BZ3 bereitgestellt wird.The control unit SE further turns on the switch ST and thus connects the second secondary winding circuit WS2 with the fifth power connection A5 , This creates between the fifth and the fourth power connection A4 . A5 an output voltage of 12 volts, which then as the third board supply voltage U3 the third electrical system branch BZ3 provided.

Durch die entsprechende Einstellung der Schaltfrequenz, des Tastgrades und der Schaltzeiten der positivspannungsseitigen und der negativspannungsseitigen Halbleiterschalter HS11, HS12, HS21, HS22, HS31, HS32, HS41 und HS42 der beiden Vollbrückenschaltungen VB1, VB2 können in einem Halbbrückenbetriebmodus auf der Primärseite PS ein Nullstrombetrieb (Zero-Current-Betrieb) erreicht und folglich auf der Sekundärseite SS so genannte Reverse-Recovery Verluste reduziert werden.By the corresponding adjustment of the switching frequency, the duty cycle and the switching times of the positive voltage side and the negative voltage side semiconductor switch HS11 . HS12 . HS21 . HS22 . HS31 . HS32 . HS41 and HS42 the two full bridge circuits VB1 . VB2 For example, zero current operation can be achieved in a half-bridge operating mode on the primary side PS, and consequently so-called reverse-recovery losses can be reduced on the secondary side SS.

Claims (9)

Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler (SW) zur Umwandlung einer ersten Bordnetzspannung (U1) in einer zweiten Bordnetzspannung (U2) und einer dritten Bordnetzspannung (U3), umfassend: - einen ersten Stromanschluss (A1) und einen zweiten Stromanschluss (A2) zum Anschließen an der ersten Bordnetzspannung (U1); - zwei Primärwicklungsschaltungen (WP1, WP2), die zwischen dem ersten (A1) und dem zweiten (A2) Stromanschluss zueinander parallel angeschlossen sind; - einen dritten Stromanschluss (A3) und einen vierten Stromanschluss (A4) zum Bereitstellen der zweiten Bordnetzspannung (U2); - zwei Sekundärwicklungsschaltungen (WS1, WS2), die zwischen dem dritten (A3) und dem vierten (A4) Stromanschluss zueinander seriell angeschlossen sind; - einen fünften Stromanschluss (A5) zwischen den zwei Sekundärwicklungsschaltungen (WS1, WS2) zum Bereitstellen der dritten Bordnetzspannung (U3) zwischen dem fünften (A5) und dem vierten (A4) Stromanschluss; - wobei jeweils eine der zwei Primärwicklungsschaltungen (WP1, WP2) und jeweils eine der zwei Sekundärwicklungsschaltungen (WS1, WS2) paarweise miteinander elektromagnetisch gekoppelt sind; - eine gemeinsame Glättungsdrossel (LG), die zwischen den zwei Sekundärwicklungsschaltungen (WS1, WS2) elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, Wechselspannungsanteile in der zweiten (U2) und der dritten (U3) Bordnetzspannung zu reduzieren, - einen steuerbaren Schalter (ST), der zwischen der Glättungsdrossel (LG) und dem fünften Stromanschluss (A5) elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, in einem offenen Schaltzustand den fünften Stromanschluss (A5) von dem dritten Stromanschluss (A3) elektrisch zu trennen.Vehicle electrical system voltage converter (SW) for converting a first vehicle electrical system voltage (U1) into a second vehicle electrical system voltage (U2) and a third vehicle electrical system voltage (U3), comprising: - A first power connector (A1) and a second power connector (A2) for connection to the first vehicle electrical system voltage (U1); two primary winding circuits (WP1, WP2) connected in parallel to each other between the first (A1) and second (A2) power terminals; a third power connection (A3) and a fourth power connection (A4) for providing the second vehicle electrical system voltage (U2); two secondary winding circuits (WS1, WS2) serially connected between the third (A3) and fourth (A4) power terminals; a fifth power terminal (A5) between the two secondary winding circuits (WS1, WS2) for providing the third vehicle electrical system voltage (U3) between the fifth (A5) and fourth (A4) power terminals; - Wherein one of the two primary winding circuits (WP1, WP2) and one of the two secondary winding circuits (WS1, WS2) are coupled in pairs with each other electromagnetically; a common smoothing choke (LG), which is electrically connected between the two secondary winding circuits (WS1, WS2) and is arranged to reduce AC components in the second (U2) and the third (U3) vehicle electrical system voltage, a controllable switch (ST) electrically connected between the smoothing choke (LG) and the fifth power terminal (A5) and arranged to electrically disconnect the fifth power terminal (A5) from the third power terminal (A3) in an open switching state. Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler (SW) nach Anspruch 1, wobei die zwei Primärwicklungsschaltungen (WP1, WP2) jeweils eine Vollbrückenschaltung (VB1; VB2) mit jeweils zwei Halbbrücken (HB1, HB2; HB3, HB4) und jeweils einer Primärwicklung (LP1; LP2) zwischen den zwei Halbbrücken (HB1, HB2; HB3, HB4) umfassen.Vehicle electrical system voltage transformer (SW) to Claim 1 wherein the two primary winding circuits (WP1, WP2) each have a full bridge circuit (VB1; VB2) each having two half bridges (HB1, HB2; HB3, HB4) and one primary winding (LP1; LP2) between the two half bridges (HB1, HB2; HB3 , HB4). Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler (SW) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zwei Sekundärwicklungsschaltungen (WS1, WS2) jeweils eine Sekundärwicklung (LS1; LS2) und jeweils einen der jeweiligen Sekundärwicklung (LS1; LS2) nachgeschalteten Gleichrichter (GR1; GR2) umfassen, wobei die Sekundärwicklungen (LS1, LS2) mit den jeweiligen Primärwicklungen (LP1; LP2) der korrespondierenden Primärwicklungsschaltungen (WP1; WP2) elektromagnetisch gekoppelt sind.Vehicle electrical system voltage transformer (SW) to Claim 1 or 2 wherein the two secondary winding circuits (WS1, WS2) each comprise a secondary winding (LS1; LS2) and a respective rectifier (GR1; GR2) connected downstream of the respective secondary winding (LS1; LS2), the secondary windings (LS1, LS2) being connected to the respective primary windings (LP1, LP2) of the corresponding primary winding circuits (WP1, WP2) are electromagnetically coupled. Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler (SW) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Bordnetzspannung (U2) bei über 40 Volt, insb. bei 48 Volt, liegt.Vehicle electrical system voltage converter (SW) according to one of the preceding claims, wherein the second vehicle electrical system voltage (U2) is above 40 volts, esp. At 48 volts. Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler (SW) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die dritte Bordnetzspannung (U3) bei unter 40 Volt, insb. bei 12 Volt, liegt.Vehicle electrical system voltage converter (SW) according to one of the preceding claims, wherein the third vehicle electrical system voltage (U3) is less than 40 volts, esp. At 12 volts. Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler (SW) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zwei Primärwicklungsschaltungen (WP1, WP2) zueinander schaltungstechnisch identisch ausgebildet sind, und/oder die zwei Sekundärwicklungsschaltungen (WS1, WS2) zueinander schaltungstechnisch identisch ausgebildet sind.Vehicle electrical system voltage converter (SW) according to one of the preceding claims, wherein the two primary winding circuits (WP1, WP2) are formed identical to each other circuit technology, and / or the two secondary winding circuits (WS1, WS2) are formed identical to each other circuit technology. Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler (SW) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Steuereinheit (SE) zur Steuerung der zwei Primärwicklungsschaltungen (WP1, WP2), die eingerichtet ist, die zwei Primärwicklungsschaltungen (WP1, WP2) voneinander um 90° versetzt anzusteuern.Vehicle electrical system voltage converter (SW) according to one of the preceding claims, further comprising a control unit (SE) for controlling the two primary winding circuits (WP1, WP2), which is adapted to the two primary winding circuits (WP1, WP2) offset from each other by 90 °. Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler (SW) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Steuereinheit (SE) ferner eingerichtet ist, zum Bereitstellen der dritten Bordnetzspannung (U3) die Vollbrückenschaltung (VB1) einer der zwei Primärwicklungsschaltungen (WP1) auszuschalten und die Vollbrückenschaltung (VB2) einer anderen der zwei Primärwicklungsschaltungen (WP2) in einem Halbbrückenbetriebmodus zu betreiben.Vehicle electrical system voltage converter (SW) according to one of Claims 2 to 7 wherein the control unit (SE) is further arranged to turn off the full bridge circuit (VB1) of one of the two primary winding circuits (WP1) and to provide the full bridge circuit (VB2) of another of the two to provide the third onboard supply voltage (U3) Primary winding circuits (WP2) operate in a half-bridge operating mode. Fahrzeugbordnetz (BN), umfassend: - einen ersten Bordnetzzweig (BZ1) mit der ersten Bordnetzspannung (U1); - einen zweiten Bordnetzzweig (BZ2) mit der zweiten Bordnetzspannung (U2); - einen dritten Bordnetzzweig (BZ3) mit der dritten Bordnetzspannung (U3); - einen Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler (SW) nach einem der vorangehenden Ansprüche, der über den ersten (A1) und den zweiten (A2) Stromanschluss (A) mit dem ersten Bordnetzzweig (BZ1), über den dritten (A3) und den vierten (A4) Stromanschluss mit dem zweiten Bordnetzzweig (BZ2), sowie über den fünften (A5) und den vierten (A4) Stromanschluss mit dem dritten Bordnetzzweig (BZ3) elektrisch verbunden ist und eingerichtet ist, die erste Bordnetzspannung (U1) in die zweite Bordnetzspannung (U2) und die dritte Bordnetzspannung (U3) umzuwandeln.Vehicle electrical system (BN), comprising: - A first electrical system branch (BZ1) with the first vehicle electrical system voltage (U1); - A second electrical system branch (BZ2) with the second vehicle electrical system voltage (U2); - A third electrical system branch (BZ3) with the third vehicle electrical system voltage (U3); - A vehicle electrical system voltage converter (SW) according to one of the preceding claims, the first (A1) and the second (A2) power connector (A) with the first board network branch (BZ1), the third (A3) and the fourth (A4 ) Is electrically connected to the second electrical system branch (BZ2), and via the fifth (A5) and the fourth (A4) power connection to the third electrical system branch (BZ3) and is set up, the first vehicle electrical system voltage (U1) in the second vehicle electrical system voltage (U2 ) and the third vehicle electrical system voltage (U3).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220173665A1 (en) * 2020-11-27 2022-06-02 Lear Corporation Dc-dc transformer for platforms having 400v and 800v vehicles

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040037092A1 (en) 2002-08-22 2004-02-26 Nissen Electric Co., Ltd. DC-DC converter
DE102009028973A1 (en) 2009-08-28 2011-03-03 Robert Bosch Gmbh DC / DC converter circuit and battery system
US20110222315A1 (en) 2010-03-10 2011-09-15 Chicony Power Technology Co., Ltd. Current-sharing power supply apparatus
DE102013201637A1 (en) 2013-01-31 2014-07-31 Robert Bosch Gmbh Energy transmission assembly

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8064228B2 (en) * 2009-07-27 2011-11-22 Chicony Power Technology Co., Ltd. Power supply apparatus with current-sharing function
US9425693B2 (en) * 2011-10-03 2016-08-23 The Boeing Company Systems and methods for high power DC/DC conversion using voltage converter cells

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040037092A1 (en) 2002-08-22 2004-02-26 Nissen Electric Co., Ltd. DC-DC converter
DE102009028973A1 (en) 2009-08-28 2011-03-03 Robert Bosch Gmbh DC / DC converter circuit and battery system
US20110222315A1 (en) 2010-03-10 2011-09-15 Chicony Power Technology Co., Ltd. Current-sharing power supply apparatus
DE102013201637A1 (en) 2013-01-31 2014-07-31 Robert Bosch Gmbh Energy transmission assembly

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220173665A1 (en) * 2020-11-27 2022-06-02 Lear Corporation Dc-dc transformer for platforms having 400v and 800v vehicles
US11705818B2 (en) * 2020-11-27 2023-07-18 Lear Corporation DC-DC transformer for platforms having 400V and 800V vehicles

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